Сафонов А.И. Эволюционное учение. Классики и современники

Из доклада на конференции "Донецкие чтения" (май, 2016 г.)

Приветствую Вас от коллектива биологического факультета Донецкого национального университета. Факультета БИОлогии, – науки, изучающей ЖИЗНЬ во всех формах ее проявления. На сегодняшний день в фундаментальной науке крайне мало абсолютов, точнее сказать (учитывая взаимный скептицизм мировых научных сообществ) – абсолютов нет вообще. Но в человеческом мироощущении основным абсолютом была, есть и останется такая форма существования матери как – ЖИЗНЬ! Она либо есть, либо ее нет.

В концепции общей безопасности, сформированной социологами и политиками демократических (или считающих себя демократическими) стран, указана логическая приоритетность трех основных составляющих: выживание, благосостояние и свобода.

Выживание, т.е. наличие жизни как таковой, является первопричиной и условием развития всего остального. Почему так рекламно сформулирована тема доклада?

Во-первых, территория центрального Донбасса, в ядре которого мы сейчас с ВАМИ находимся, с первых этапов освоения человеком всегда была испытанием на выносливость, терпение и рассчитана на сильных духом людей. Эти условия объективно сформированы спецификой климата и аграрии всегда называли Донбасс – зоной рискованного земледелия.

Во-вторых, с первыми успехами научно-технической революции к экстремальным климатическим условиям добавились все возможные формы токсической нагрузки и промышленных загрязнений.

Конечно, условия формирования жизни в нашем регионе логичнее назвать стабильно напряженными, но с появлением нового внешнего фактора – открытого военного противостояния – все формы жизни на всех уровнях ее организации испытывают новое влияние и переходят на качественно другой уровень выносливости.

Когда внешние условия меняют систему, каждый по-своему пытается объяснить происходящее. Трагедия может заключаться в том, что на фоне внешнего популизма и политических амбиций происходит реализация всевозможных форм коллективного манипулирования. А настоящая же наука рассуждает всегда без эмоций, всему находит своё логическое объяснение. Так вот, ближе к выживанию и стратегиям выживания.

Признаков и свойств живых систем много, об этом учат в школе и университете, а вот до стратегических концептуальных выводов дело обычно не доходит.

Жизнь – это особая форма существования материи, форма деятельности:

Акцентирую Ваше внимание на двух особенностях живого.

Первое. СМЫСЛ ЖИВОГО – ПРОДОЛЖАТЬСЯ!

В этих словах всё. Вся соль моего доклада. Рождение предполагает реализацию в продолжении самого себя. Сохраниться (т.е. выжить) и продолжить себя в следующих поколениях. У кого-то получается воспроизводить себе подобных, кто-то реализуется в

4

идейном информационном поле, но так или иначе – все живые системы постоянно чем-то заняты. И стратегически они заняты именно самореализацией.

Второе. Не менее важное для осознания: ВСЁ В ЖИВЫХ СИСТЕМАХ СУЩЕСТВУЕТ С ИЗБЫТКОМ. Достаточно вспомнить хрестоматийный пример – как выглядит типичная сцена оплодотворения – одна яйцеклетка окружена миллиардами сперматозоидов. Вот где конкурс. Вот где выбор. Победителю достается ВСЕ. Система выбирает одного на миллиард. Второй пример, (как указывают нейрофизиологи) мозг человека использует обычно 1.5-2 % своих возможностей. Ресурсы памяти – не больше 1%. Что уже тогда говорить о мышлении? Тем более об индивидуальном. Этот факт доказывает, что возможности того самого стратегического саморазвития, к которому стремится система чрезвычайно велики. Примеры с растениями и животными тоже очень наглядны: один проросток злостного адвентивного (американского) сорняка амброзии полыннолистной способен за один сезон в Донбассе сформировать около полумиллиона семян. Часть их прорастает сразу в этот же год, часть – на следующий год, некоторые специально так сформированы, чтобы прорастать через 10-15 лет. Но есть и такие, которые прорастут только через 70-80 лет. Для аналогии не могу ни сказать, что зерна фашизма тоже вот, проросли к 70-й годовщине Победы. Избыток продукции природных систем часто поражает воображение. Если у мух или кузнечиков не будет конкуренции, через пару месяцев они покроют всю планету, бактерии – еще быстрее.

Вот и получается, что возможностей чрезвычайно много, а реализуются все по чутьчуть. Реализуются, чтобы эгоистично хотя бы в первую очередь выжить, а потом уже сохранить возможность сформировать следующее поколение.

Всвоем стихотворении МОЛИТВА русский офицер, поэт Игорь Кушелев, обращаясь к Богу, пишет: Ты дал нам столько неба и земли! Нам дела нет до их монет, мы выше.

Мы так сильны, то нас ты умалил. Прости нас, Боже, помоги нам выжить.

Выжить! Это основное, с чего появляется смысл рассуждать о стратегиях выживания и способах их реализации. Теперь о том, как ученые биологи и экологи рассматривают эти стратегии.

В20-м веке учеными разных стран была предложена структурная модель, описывающая систему по стратегиям выживания. Вашему вниманию представлен треугольник Грайма-Раменского, в котором все возможные направления стратегической деятельности разделены на ТРИ больших принципиально различных сценария: есть виды

конкурентоспособные, стресс-устойчивые и те, которые стремятся реализоваться исключительно в нарушенных или разрушенных местообитаниях – их называют рудеральными. Так же учеными рассматривается модель r и К-стратегий, когда одни маленькие, но чрезвычайно плодовитые, а другие крупные, но единичные. Все эти модели оправданы через вещественно-энергетический баланс в системе.

Любая система всегда стремиться пусть ни к равновесию, но хотя бы к балансу. И всегда, всегда и во всех природных живых системах роль каждой стратегической группы важна и является необходимой.

Впериод катастроф кто-то спасается бегством, кто-то идет в ополчение и готов отдать жизнь в защите своей территории, а кто-то остается на своем месте и создает условия, пригодные для продолжения жизни. Наука не оправдывает поступки ни тех, ни других, ни третьих; равно как и не обвиняет никого – наука даёт объяснение – почему так происходит.

Почему мне приходится поднимать эту тему в контексте внешней нестабильности и без того в стабильно напряженном Донбассе?! Чтобы была возможность научно обосновать происходящее – все стремится к адекватному балансу: если в популяции происходит резкая вспышка разрушителей, то генетические, эпигенетические и экологические программы в ответ формируют адекватное количество в популяции продуктивных созидателей.

Это законы живой природы. Так было и так будет!

Никто не становится лучше или хуже. Все становятся адекватно другими в ответ на

5

действие внешнего фактора беспокойства. Изучая закон толерантности В. Шелфорда, можно сделать много выводов, но стратегически важно понять, что живая система, способная приспосабливаться к разным условиям, никогда не будет эволюционировать, находясь в зоне комфорта.

Только в условиях минимальных потребностей дается оценка, и что самое главное – происходит осознание важности ресурса, выводящего систему на новый уровень выносливости. И такие закономерности прослеживаются на всех уровнях организации живого – от молекулярного до биосферного.

БИОИНДИКАЦИЯ. МОНИТОРИНГ. ЭКСПЕРТИЗА

Учеными-биологами Донбасса за последние два десятилетия сделано много по расшифровке закономерностей развития биологических систем в разных экологических условиях. Получено более 50 патентов, написано более десятка монографий, накоплен колоссальный эмпирический материал по изучению водорослей, мхов, лишайников, грибов, высших растений, различных таксонов животных и даже параметры состояния человеческого организма. Несколько иллюстративных примеров. Обратите внимание – семена из одной тыквы, выросшие в разных экологических условиях. Форма, поверхность, зародышевый аппарат – все разное, а генетический материал один и тот же. В мониторинге, системе контроля и восстановления природных нарушенных экосистем важно изучать динамику и способы восстановления. В этом случае активные биотехнологии очень важны. На слайде представлены воронки от взрывов периода Великой отечественной войны и 2-летней давности. Сама природа восстанавливает баланс крайне медленно, это можно сделать гораздо быстрее. И, наконец, экспертиза и криминалистика. Мелкие детали под микроскопом могут информировать ученого о специфике местности, условиях формирования событий, характере их протекания. Всю территорию сбора информации мы рассматриваем как большую живую лабораторию. Ни один даже самый универсальный технический датчик не даст столько информации о состоянии среды, сколько требуется для выяснения опасности и пригодности таких условий для дальнейшей жизни.

Неделю назад мы все праздновали День Победы.

Оправданный смысл Победы очень важен для здорового общества.

А теперь то, о чем я говорю студентам на первой и последней лекции по Теории эволюции:

Все формы жизни, населяющие нашу планету сегодня – это победители.

ВСЕ НЫНЕЖИВУЩИЕ – ЭТО ПОБЕДИТЕЛИ, прошедшие суровый отбор из поколения в поколение, чтобы быть живыми сейчас. Значит каждый из нас несет ту частичку общего жизненного оправданного пространства, благодаря которому существует и будет в дальнейшем существовать жизнь!

Взнаменитом романе "451 градус по Фаренгейту" Рей Брэдбери формулирует следующие строки:

Шире открой глаза, живи так жадно, как будто через десять секунд умрешь. Старайся увидеть мир. Он прекраснее любой мечты, созданной на фабрике и оплаченной деньгами. Не проси гарантий, не ищи покоя – такого зверя нет на свете!

Витоге своего доклада повторюсь: жизнь – это особая форма деятельности, в которой всегда есть выбор, избыток и стремление.

Будем живы.

Я очень хочу, чтобы в перечне достижений таких собирательных учебников были фамилии выпускников биологического факультета Донецкого национального университета.

Пусть останется с нами возможность искренне радоваться, восхищаться, открывать новое, любоваться и любить!

Андрей Сафонов

6

ЧАСТЬ I КЛАССИЧЕСКАЯ ФУНДАМЕНТАЛИСТИКА

ЭВОЛЮЦИОНИСТОВ

В биологии все наполняется смыслом лишь тогда, когда истолковывается с эволюционной точки зрения… Ф. Г. Добжанский

1 ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЭВОЛЮЦИИ

1.Эволюционизм и креационизм. Значение эволюционной теории

2.Основные доказательства эволюции

1.Эволюционизм и креационизм. Значение эволюционной теории

Происхождение жизни на Земле – одна из центральных проблем современного естествознания и исходная точка любой религии. Наука и религия по-разному объясняют эти события. Согласно современным научным представлениям жизнь – это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. С точки зрения практически любой религии жизнь произошла в результате акта божественного творения. Подобного рода теории называются креационизмом.

Креационизм (от лат. сreatio – созидание, порождение) – теории происхождения жизни на Земле в результате сверхестественного события в прошлом. После опубликования работы Ч. Дарвина «Происхождение видов» возникла теория эволюции, основанная на фактических данных, поддающихся проверке. Однако, несмотря на многочисленные доказательства эволюционного процесса, креационизм в настоящее время распространен достаточно широко. Наиболее разработанная из современных креационистких концепций – моррисианство (Г. Моррис, 1995 и его последователи). Согласно библии живые существа были созданы «по роду их» на 3-й, 5-й и 6-й день творения и получили указание приносить семя либо плодиться и размножаться по роду их. Современные креационисты утверждают, что роды Библии не соответствуют видам биологов. Изначально было создано немного первичных родов (бараминов), которые затем дифференцировались на виды. Исходные барамины были совершенны, обладали огромным запасом изменчивости и приспособляемости. Так пара волкособак на ковчеге несла задатки волка, шакала, домашних собак, да и вообще всех псовых. Затем вследствие различных процессов часть информации терялась, и проявлялись признаки различных видов. Таким образом, виды образовывались в результате инволюции. Инволюция является частным проявлением закона упадка, начавшегося после грехопадения Адама и Евы. Креационисты подчеркивают, что ни творения, ни макроэволюции никто не видел. И судить об обоих можно только опосредованно, в частности по особенностям живых существ. По их мнению, эти особенности свидетельствуют о творении, а не об эволюции.

Теория эволюции (дарвинизм) – наука, изучающая причины, факторы, механизмы и закономерности эволюции организмов.

Эволюция организмов – процесс приспособительного исторического развития живых форм на всех уровнях организации живого.

8

Как любая другая наука теория эволюции имеет собственную цель, объект и методы исследований.

Целью эволюционной теории является выявление закономерностей развития органического мира, объектом служат организмы в процессе их исторического развития, к методам изучения относятся палеонтологический, эмбриологический, сравнительной анатомии, сравнительной биохимии и некоторые другие.

Фундаментальные и прикладные области применение эволюционной теории

"Нет ничего практичнее, чем хорошая теории"

Афоризм

Со времени возникновения эволюционной теории и по настоящее время ее значение непрерывно растет. Можно выделить следующие приложения эволюционной теории:

охрана и рациональное использование природы, медицинское, методологическое и мировоззренческое.

Охрана и рациональное использование природы. Без анализа механизмов эволюции популяций исчезающих видов невозможна разработка эффективных методов их сохранения в природе. Кроме того, переход на рациональные методы хозяйствования возможен только с учетом достижений эволюционной биологии.

Медицинское значение эволюционной теории. В настоящее время успешное развитие некоторых областей медицины невозможно без использования принципов эволюционной теории. В первую очередь это касается эпидемиологии, медицинской генетики и вирусологии. Принципы эволюционной биологии позволяют установить механизмы появления и распространения инфекционных болезней, анализировать эволюцию устойчивости патогенных бактерий и вирусов к лекарственным средствам.

Методологическое значение эволюционной теории. Эволюционная теория играет фундаментальную роль в осмыслении фактического материала, накопленного специальными биологическими дисциплинами. Подходы эволюционной биологии внесли фундаментальный вклад во многие отрасли биологии, медицины и сельского хозяйства.

2. Основные доказательства эволюции

Сведения, подтверждающие эволюцию организмов, получены из различных источников. К основным доказательствам эволюции относятся данные биогеографии, сравнительной биохимии, палеонтологии, прямых наблюдений, селекции, систематики, сравнительной анатомии и эмбриологии.

Прямые наблюдения. Эволюционные изменения в пределах популяций и некоторые способы видообразования установлены на основании прямых наблюдений и (или) экспериментальным путем. Классическим примером такого рода является индустриальный меланизм у бабочки березовой пяденицы. Эта бабочка широко распространена в Европе. Бабочки активны в сумерках, а день проводят, сидя на коре берез. Крылья их имеют покровительственную окраску под цвет бересты, заросшей лишайниками. Такая окраска защищает бабочек от насекомоядных птиц. В 1735 г. англичане впервые в мире применили каменный уголь для выплавки чугуна. Промышленная копоть во влажном климате Англии оседала на коре берез. Лишайники постепенно погибали, а береста становилась сначала серой, а затем темной. Пяденицы на темном фоне стали легкой добычей птиц. В 1848 году английские энтомологи-любители обнаружили первых березовых пядениц с темноокрашенными крыльями. Такие бабочки в окрестностях Манчестера составляли не более 1% от численности популяции. К середине XX века темные пяденицы постепенно вытеснили светлых. Светлая форма преобладает только там, где атлантические циклоны уносят копоть на восток. В результате серии экологических экспериментов и наблюдений

9

было доказано, что птицы действительно чаще съедают тех бабочек, окраска которых контрастирует с фоном – корой дерева. В лесу близ Бирмингема выпустили одновременно 50 светлых и 50 темных бабочек и затем посчитали, сколько бабочек съели птицы. Оказалось, что было съедено 43 светлых и 15 темных. Показательно, что, хотя темная окраска защищает бабочек, эта защита не абсолютна. Более высокая приспособленность не гарантирует выживания, а только повышает его вероятность.

Палеонтологические данные. Ч. Дарвин в "Происхождении видов" подчеркивал фрагментарный и неполный характер палеонтологических данных. Однако с тех времен сведения по палеонтологии многократно возросли. Современная палеонтология располагает не только многочисленными ископаемыми остатками, но и методами, позволяющими довольно точно датировать их возраст. Например, в сухих гротах юго-восточных штатах США обнаружены хорошо сохранившиеся останки огромных ленивцев, их кожа, волосы, сухожилия а также и их экскременты. Эти животные жили несколько тысяч лет назад и в отличие от современных видов вели наземный образ жизни. В янтаре находят насекомых, паукообразных, части растений. Некоторые из этих окаменелостей насчитывают свыше 50 миллионов лет. В торфе болот Австралии и Германии найдены хорошо сохранившиеся части растений и животных, которым несколько миллионов лет. Так найдены не только кости животных, но и окаменевшие яйца пресмыкающихся, окаменевшие копролиты и даже следы вымерших животных. На основании этих данных можно судить о величине и форме животных, образе жизни, особенностях питания и так далее. Для отдельных групп организмов наблюдается последовательный ряд форм, сменяющих друг друга в геологическом времени. Классическим примером является эволюция предков современной лошади. Этот процесс охватывает довольно большой промежуток времени (около 54 млн. лет). Исходные виды были маленькими лесными животными высотой около 30 см. Они имели по четыре пальца на ногах и питались мягкой растительной пищей. Эволюция происходила в направлении увеличении размеров тела, удлинении ног, редукции боковых пальцев, усложнении строения зубов и совершенствования нервной системы. Эти изменения были связаны с изменениями условий жизни этих видов. В тоже время для большинства видов отсутствуют промежуточные формы. Однако следует учитывать, что мертвые организмы быстро разлагаются или поедаются животными; лишь небольшая часть особей погибала в условиях, благоприятных для сохранения; обнаружена только незначительная часть ископаемых остатков.

Изучение ископаемых остатков позволяет сделать три основных вывода:

1)постоянно происходят эволюционные изменения: старые формы исчезают или видоизменяются, образуются новые. В отдельные эпохи процесс вымирания видов приобретает массовый характер;

2)эволюционные изменения ведут к прогрессу и более сложной организации организмов;

3)с течением времени происходит увеличение количества видов организмов.

Данные сравнительной анатомии. При изучении анатомического строения различных групп организмов обнаруживается их сходство по ряду признаков. Например, скелет конечностей у всех наземных позвоночных построен по плану пятипалой конечности.

На это указывал еще Ч. Дарвин «что может быть любопытнее того, что пригодная для хватания рука человека, приспособленная для рытья лапа крота, нога лошади, ласт дельфина и крыло летучей мыши построены по одному и тому же образцу и содержат одинаковые кости с одним и тем же относительным расположением?».

У некоторых видов нередко имеются атрофированные или нефункционирующие органы. Такой рудиментарный орган гомологичен хорошо развитому функционирующему органу у других родственных видов.

10